基于本體推理的上下文感知系統(tǒng)的研究

張晶++張麗偉++孫琰

泛在學(xué)習(xí)要構(gòu)建一個(gè)無(wú)處不在的學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠智能地為用戶提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)，而上下文感知計(jì)算是泛在計(jì)算的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。由于信息源具有多樣性和異構(gòu)性，且表達(dá)方式不盡相同，因此文章介紹了一種OWL本體描述語(yǔ)言，利用它對(duì)上下文信息進(jìn)行統(tǒng)一的描述并進(jìn)行上下文推理，達(dá)到上下文知識(shí)的共享與重用。

上下文感知本體OWL一、引言

嵌入式技術(shù)的深入發(fā)展，使計(jì)算通信和人機(jī)交互的緊密結(jié)合成為了新的發(fā)展趨勢(shì)，這為泛在學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)保障。為了更好地為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化服務(wù)，需要一種新的交互模式，能夠自動(dòng)感知計(jì)算環(huán)境中與交互任務(wù)相關(guān)的內(nèi)容，并做出決策或提供相應(yīng)的服務(wù)。因此，上下文感知成為了提高系統(tǒng)智能化的重要途徑，其實(shí)現(xiàn)的前提是正確表達(dá)、理解和利用上下文信息。

二、上下文感知

早期的研究大多針對(duì)實(shí)際應(yīng)用來(lái)定義上下文，將上下文分為用戶上下文、物理上下文和計(jì)算上下文三類(lèi)。例如，用戶上下文包括用戶的個(gè)性、位置、社會(huì)關(guān)系等；物理上下文包括光線的明暗、噪聲大小、氣候、溫度等；計(jì)算上下文包括網(wǎng)絡(luò)的可用性、網(wǎng)絡(luò)帶寬、通信開(kāi)銷(xiāo)、顯示器等資源。

上下文感知是指計(jì)算系統(tǒng)自動(dòng)地對(duì)上下文、上下文變化以及上下文歷史進(jìn)行感知和應(yīng)用，并據(jù)此做出決策和自動(dòng)提供相應(yīng)的服務(wù)。上下文感知涉及上下文的建模與表示、上下文的獲取與（解釋?zhuān)┩评?、上下文的存?chǔ)查詢和管理以及上下文的有效利用等。在上下文推理的研究中，主要方法有基于規(guī)則的推理、基于本體的推理和基于人工智能的推理等方法。其中，由于本體具有較強(qiáng)的表述能力，推理效率較高，已成為上下文感知系統(tǒng)中研究的熱點(diǎn)。

三、OWL本體描述語(yǔ)言

針對(duì)于不同領(lǐng)域，本體有不同的定義，關(guān)注的焦點(diǎn)也不同。本體最早的概念源于哲學(xué)領(lǐng)域，哲學(xué)中認(rèn)為本體是：“對(duì)世界上客觀存在物的系統(tǒng)描述，是客觀存在的一個(gè)系統(tǒng)的解釋或說(shuō)明，關(guān)心的是客觀現(xiàn)實(shí)的抽象本質(zhì)。”后來(lái)它被引用到人工智能、知識(shí)工程等領(lǐng)域中。Studer等人給出本體的定義：“本體是共享概念模型的明確的形式化規(guī)格說(shuō)明”。

因此，本體能夠統(tǒng)一領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)表述，能夠解決同一概念用多種詞匯表示或一詞多義的問(wèn)題；而且，本體描述能夠最大限度實(shí)現(xiàn)知識(shí)的重用與共享，這為知識(shí)的交互推理了提供了很大便捷。OWL是一種定義和編寫(xiě)本體的標(biāo)記性語(yǔ)言，是國(guó)際萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟W3C發(fā)布的本體語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，具有非常強(qiáng)大的語(yǔ)義表達(dá)能力。具體來(lái)講，OWL中將對(duì)象稱為個(gè)體，將種類(lèi)稱為類(lèi)，將關(guān)系描述為屬性。屬性具體又分為兩種，分別是對(duì)象屬性和數(shù)據(jù)類(lèi)型屬性。數(shù)據(jù)類(lèi)型屬性表示類(lèi)的實(shí)例與OWL固有數(shù)據(jù)類(lèi)型的關(guān)系，對(duì)象屬性表示兩個(gè)類(lèi)實(shí)例之間的關(guān)系。

四、上下文推理

上下文推斷模塊是上下文感知框架的核心部分，它與上下文知識(shí)庫(kù)不斷進(jìn)行交互，可通過(guò)分析知識(shí)庫(kù)中的上下文情境來(lái)預(yù)知推理，由系統(tǒng)自動(dòng)地為用戶提供相應(yīng)的服務(wù)，也可通過(guò)預(yù)定義本體中的規(guī)則來(lái)進(jìn)行推斷，以排除沖突等。在上下文推理的研究中，主要用到的有基于規(guī)則的推理和基于本體的推理。

1.基于規(guī)則的推理。規(guī)則是一種知識(shí)表達(dá)技術(shù)，基于規(guī)則的推理是將現(xiàn)有的上下文信息與設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行匹配。任何規(guī)則都包含兩個(gè)部分：If部分和Then部分，一個(gè)規(guī)則實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)If-Then語(yǔ)句：If〈事實(shí)或條件〉then〈操作或結(jié)論〉，如果條件或事實(shí)成立，則執(zhí)行相應(yīng)操作或給出結(jié)論。

2.基于本體的推理。在OWL本體語(yǔ)言中，本體的各種屬性以及本體之間的關(guān)系都進(jìn)行了很好的描述。因此，基于本體的推理使上下文信息具有了較強(qiáng)的描述能力，通過(guò)建立的推理規(guī)則和領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行推演，能夠?qū)⒌讓由舷挛耐评砩筛邔由舷挛?，這就是基于本體的推理過(guò)程。

四、結(jié)束語(yǔ)

上下文感知是普適計(jì)算發(fā)展的必然趨勢(shì)之一，由于使用OWL本體語(yǔ)言對(duì)上下文信息進(jìn)行了統(tǒng)一的描述，且利用OWL具有的邏輯推理功能，很好地解決了高層上下文信息的推理和語(yǔ)義一致性檢測(cè)等問(wèn)題，達(dá)到了知識(shí)的共享與重用。但上下文感知的引入，也帶來(lái)了一個(gè)新的問(wèn)題。由于上下文感知計(jì)算允許在不同用戶和系統(tǒng)之間共享、交互上下文信息，因此如何實(shí)現(xiàn)信息共享和用戶隱私之間的平衡將成為下一階段的研究重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：

1.吉林省教育廳“十三五”社會(huì)科學(xué)研究課題“基于上下文感知的泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)建研究”（項(xiàng)目編號(hào)：吉教科文合字【2016】第494號(hào)）。

2.吉林省教育科學(xué)規(guī)劃課題“高校教師專(zhuān)業(yè)化發(fā)展中協(xié)作共同體建構(gòu)的研究”（項(xiàng)目編號(hào)：GH16623）。endprint